Prof. Dr. Volker C. Hass (rechts) forscht im Projekt ModePro_Bio an neuen Prozessen für nachhaltige Lösungen in der Bioökonomie.
Modellbasiertes Design von Prozessen: An der Hochschule Furtwangen setzt das Projekt „MoDe_ProBio“ auf Digitale Zwillinge und Künstliche Intelligenz für eine nachhaltige Zukunft
Die Bioökonomie der Zukunft braucht effiziente und nachhaltige Verfahren zur Verwertung biogener Roh- und Abfallstoffe. Genau hier setzt das Forschungsprojekt „MoDe_ProBio – Model-based Design of Processes for the Bioeconomy“ an: Durch den Einsatz Digitaler Zwillinge und Künstlicher Intelligenz (KI) sollen neue biochemische Prozesse schneller, ressourcenschonender und marktfähiger entwickelt werden. Das Verbundprojekt wird von der Hochschule Furtwangen in Zusammenarbeit mit den Hochschulen Offenburg, Biberach und Heilbronn sowie verschiedenen Industriepartnern durchgeführt. Es wird von der Hochschule Furtwangen koordiniert.
KI und Digitale Zwillinge: Schlüssel zur Prozessoptimierung
Prof. Dr.-Ing. Volker C. Hass, Projektleiter und Experte für die Optimierung biotechnischer Prozesse, erklärt: „Die Bioökonomie benötigt innovative Ansätze, um aus komplexen biogenen Rohstoffen verwertbare Produkte herzustellen. Mit Digitalen Zwillingen, die reale Anlagen virtuell abbilden, können wir Entwicklungsdauer und ‑aufwand für neue ressourcenschonende Prozesse erheblich reduzieren.“
Zusätzlich kommt Künstliche Intelligenz zum Einsatz, um die Optimierung der Prozesse voranzutreiben. „Was bis jetzt menschlich geschehen ist, passiert jetzt beschleunigt mit Hilfe von KI“, so Hass. Die Kombination aus Digitalen Zwillingen, modellbasierter Versuchsplanung, Ökobilanzierung und wirtschaftlichen Vermarktungskonzepten eignet sich, um biotechnologische Verfahren umweltfreundlicher und effizienter zu gestalten. KI hilft dabei, aktuelle Prozessverläufe zu analysieren und intelligent zu bewerten, wie diese weiter optimiert werden können. Ein wesentliches Merkmal im Verbundprojekt MoDe_ProBio ist, dass die Ökobilanzierung bereits vor der Einführung und Etablierung neuer Prozesse erfolgt, um deren Nachhaltigkeit frühzeitig zu bewerten und schon in der Entwicklungsphase zu verbessern.
Ein Beispiel aus dem Projekt ist die Kultivierung des Bakteriums E. coli zur Produktion von PETasen – Enzyme, die PET-Kunststoffe abbauen und so zur Kreislaufwirtschaft beitragen können. „Und auch mit Purpurbakterien können wir spektakuläre Dinge tun!“, berichtet Hass begeistert.
Wissenschaftskommunikation und gesellschaftlicher Dialog
Neben der technologischen Entwicklung ist es den Forschenden ein Anliegen, den Dialog mit der Öffentlichkeit zu führen. Sie möchten herausfinden, was die Bevölkerung zur dieser Art der Forschung denkt, welche Bedenken es gibt und was dabei hilft, die komplexe Forschung und ihre Ergebnisse verständlicher zu machen. Der Wissenstransfer ist ein essenzieller Bestandteil des Projekts.
Nachhaltigkeit für die Industrie
Die in MoDe_ProBio entwickelten Methoden und Technologien könnten als Vorbild für die gesamte Kreislaufwirtschaft dienen. Sie bieten Potenzial zur Reduzierung des CO2-Fußabdrucks, zur Senkung von Energieverbrauch und zur Unabhängigkeit von fragilen Lieferketten. So könnte die innovative Forschung nicht nur in der akademischen Welt, sondern auch in der Industrie positive Veränderungen zu einer größeren Nachhaltigkeit anstoßen. „Unsere Strategien ermöglichen eine schnellere und ressourcenschonende Entwicklung von Prozessen zur Herstellung von Cellulasen, Biowasserstoff, Spezialchemikalien oder Biogas aus Abfallstoffen“, erläutert Prof. Hass. Zusammen mit Industriepartnern arbeiten die Teams an der Hochschule Heilbronn und der Hochschule Furtwangen an Strategien und nachhaltigen Geschäftsmodellen, um Digitale Zwillinge als Produkte für die Industrie zur Verfügung zu stellen.
Forschende Lehre und nachhaltige Ausbildung
Hass ist ein großer Verfechter der forschenden Lehre und möchte das Wissen aus MoDe_ProBio am liebsten in einem neuen Masterstudiengang für Nachhaltigkeit integrieren. Studierende sollen untersuchen, wie sich einfache Prozesse mit einem Digitalen Zwilling abbilden lassen, um Experimente gezielt einzusparen und damit den ökologischen Fußabdruck zu minimieren. In gezielten Versuchen soll ermittelt werden, inwieweit Experimente durch Simulation ersetzt werden können, um Ressourcen zu schonen.
Verbundprojekt mit starkem Partnernetzwerk
MoDe_ProBio ist ein interdisziplinäres Verbundprojekt, das durch enge Kooperation zwischen Wissenschaft und Wirtschaft getragen wird. Die Projektpartner arbeiten gemeinsam an der Frage, wie biologische und chemische Prozesse so optimiert werden können, dass sie einen echten Beitrag zur Nachhaltigkeit leisten.
Schon vor über 25 Jahren hat Link öffnet sich im gleichen Fenster:Prof. Dr. Volker Hass die Optimierung biotechnischer Prozesse zu seinem Kernthema gemacht. Seitdem forscht er daran, technologische Innovationen mit ökologischer Verantwortung zu verbinden. Sein Ziel: die Bioökonomie auf ein neues Level heben und nachhaltige Lösungen für die Herausforderungen unserer Zeit entwickeln.
